Estudo numérico hidro-morfodinâmio da Lagoa Mirim, RS, Brasil: análise de cenários de dragagem e seus impactos

Abstract

Muitos ambientes costeiros apresentam condições naturais de navegação com águas relativa- mente calmas e rasas, que fornecem uma conexão entre as vias navegáveis marítimas e continentais. Para garantir ou mesmo expandir a capacidade de transporte por essas vias, é necessário que obras de dragagem sejam executadas com frequência, uma vez que o assoreamento de canais de navegação impede a passagem de embarcações, restringindo ou mesmo inviabilizando a movimentação pelo meio aquaviário. Esse processo associa os canais hidroviários do país a um ciclo curto e oneroso. Inserido nesse contexto, o trabalho tem o objetivo de avaliar os processos hidrodinâmicos, de transporte de sedimentos e investigar estratégias de dragagem e bota-fora nos canais de navegação da Hidrovia da Lagoa Mirim. Para atingir esses objetivos, a Lagoa Mirim foi modelada numericamente utilizando os módulos hidrodinâmico TELEMAC-2D, morfodinâmico SISYPHE e de dragagem NESTOR, todos pertencentes à suíte de modelagem Open TELEMAC-MASCARET. As simulações são de cinco anos e abrangem o período de janeiro de 2000 a dezembro de 2004. Os resultados mostraram que o padrão temporal de circulação e transporte de sedimentos do sistema é governado, principalmente, pela ação das descargas dos rios. Enquanto que a ação dos ventos atua na modulação do nível de água na parte sul da laguna, e contribuem para a formação de células de recirculação. O modelo morfodinâmico representou com sucesso os padrões de erosão e deposição; além disso, foram identificados dois padrões distintos de deposição da Lagoa Mirim. O primeiro mostra que a menor fração do sedimento (silte) é predominantes nas regiões mais profundas, enquanto que nas áreas rasas as frações de areia e silte têm a mesma proporção. O segundo diz respeito à distribuição espacial, no setor central foi relatado uma maior predominância de silte quando comparamos com os setores norte e sul. A comparação dos cenários de dragagem e bota-fora, com diferentes profundidades e sítios de despejo, mostrou que a escolha adequada da estratégia pode reduzir o esforço de dragagem. Além disso, essas operações podem causar significativas variações nos parâmetros hidro-morfodinâmicos, indicando um aumento efetivo na evolução do fundo dos canais de navegação em comparação ao cenário não modificado.Many coastal environments have natural conditions suitable to navigation, with relatively calm and shallow waters that provide a connection between maritime and continental waterways. To guarantee or even expand the mobility capacity by waterways, it is necessary that dredging works be performed frequently, since the silting up of navigation channels prevents the passage of vessels, restricting the movement through the waterway. This reality links the Brazilian waterways to a short and expensive maintenance cycle. In this context, this work aims to evaluate hydrodynamic processes of sediment transport and to investigate operational strategies for the navigation channels in the Mirim Lagoon Waterway. To achieve these objectives, Mirim Lagoon was numerically modeled using the hydrodynamic module TELEMAC-2D, the morphodynamic module SISYPHE, and the dredging module NESTOR, all belonging to the Open TELEMAC-MASCARET modeling suite. The simulations have a duration of five years and cover the period from January 2000 to December 2004. The results showed that the discharge of rivers mainly governs the temporal pattern of circulation and sediment transport in the system. The action of the winds creates a barotropic pressure gradient on the surface and its variability causes a disturbance in circulation and transport, acting mainly in the formation of recirculation cells. The morphodynamic model successfully represented the patterns of erosion and deposition, and, in addition, two distinct deposition patterns of Mirim Lagoon were identified. The first pattern shows that the smallest fraction of sediments (silt) is predominant in deeper regions, while in shallow regions the fractions of sand and silt have the same proportion. The second pattern presents spatial distribution: in the central sector, a greater predominance of silt was found when compared to the northern and southern sectors. The comparison of the different dredging and dumping scenarios indicated that dredging and dumping strategies can reduce dredging effort in the navigation channels. Furthermore, these operations can cause significant variations in hydro-morphodynamic parameters, indicating an effective increase in the bottom evolution of the navigation channels, compared to the unmodified scenario.